JP3830940B2 - Programmable even clock divider circuit with duty cycle correction and arbitrary phase shift - Google Patents

Programmable even clock divider circuit with duty cycle correction and arbitrary phase shift Download PDF

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Description

発明の分野
この発明は、デジタルシステムのためのクロック回路に関する。より特定的に、この発明は、デューティサイクルの修正および任意の位相シフトを有する、可変の偶数のクロック分割器回路に関する。
The present invention relates to clock circuits for digital systems. More specifically, the present invention relates to a variable even clock divider circuit with duty cycle correction and arbitrary phase shift.

発明の背景
プログラム可能論理デバイス(PLD)およびマイクロプロセッサを含む、基板レベルのシステムおよび集積回路(IC)デバイス等のデジタル回路は、さまざまな理由でクロック信号を用いる。たとえば、同期システムは、汎用クロック信号を用いて、基板またはICデバイス全体のさまざまな回路を同期させる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Digital circuits, such as board level systems and integrated circuit (IC) devices, including programmable logic devices (PLDs) and microprocessors, use clock signals for a variety of reasons. For example, a synchronization system uses a general purpose clock signal to synchronize various circuits across a board or IC device.

しかしながら、デジタル回路が複雑になるにつれて、同期システムのためのクロック方式が、一層複雑なものとなった。PLDおよびマイクロプロセッサ等の多くの複雑なデジタル回路は、異なる周波数において複数のクロック信号を有する。たとえば、マイクロプロセッサの中には、内部回路が第1のクロック信号によって第1の周波数においてクロックされ、入力/出力(I/O)回路が第2のクロック信号によって第2の周波数においてクロックされるものがある。一般に、第2の周波数は、第1の周波数よりも遅い。   However, as digital circuits become more complex, the clocking scheme for synchronous systems has become more complex. Many complex digital circuits such as PLDs and microprocessors have multiple clock signals at different frequencies. For example, in some microprocessors, internal circuitry is clocked at a first frequency by a first clock signal and input / output (I / O) circuitry is clocked at a second frequency by a second clock signal. There is something. In general, the second frequency is slower than the first frequency.

複数のクロック生成回路を用いて、複数のクロック信号を生成することができる。しかしながら、クロック生成回路は、一般に、デバイスまたは基板の空間を大量に消費する。したがって、ほとんどのシステムが、1つのクロック生成回路を用いて第1のクロック信号を生成し、専用の回路を用いて第1のクロック信号から他のクロック信号を導出する。たとえば、クロック分割器を用いて、入力クロック信号から、クロック周波数がより低い、1つ以上のクロック信号を生成する。   A plurality of clock signals can be generated using a plurality of clock generation circuits. However, the clock generation circuit generally consumes a large amount of device or board space. Thus, most systems use one clock generation circuit to generate the first clock signal and use a dedicated circuit to derive the other clock signal from the first clock signal. For example, a clock divider is used to generate one or more clock signals having a lower clock frequency from the input clock signal.

図1Aは、入力クロック信号ICLKを受けて、2分割のクロック信号CLKD2、4分割のクロック信号CLKD4、8分割のクロック信号CLKD8、および16分割のクロック信号CLKD16を生成する従来のクロック分割器100を示す。(本明細書では、同じ参照符号を用いて、端子、信号線、および対応するそれらの信号を指す。)クロック分割器100は、4ビットカウンタ110を含む。入力クロック信号ICLKが、4ビットカウンタ110のクロック端子に与えられる。4ビットカウンタ110は、それぞれ出力端子O0、O1、O2、およびO3上でクロック信号CLKD2、CLKD4、CLKD8、およびCLKD16を駆動する。出力端子O0〜O3は、それぞれ、4ビットカウンタ110の最下位のビットから最上位のビットを与える。   1A shows a conventional clock divider 100 that receives an input clock signal ICLK and generates a two-divided clock signal CLKD2, a four-divided clock signal CLKD4, an eight-divided clock signal CLKD8, and a sixteen-divided clock signal CLKD16. Show. (In this specification, the same reference numerals are used to refer to terminals, signal lines, and corresponding signals thereof.) Clock divider 100 includes a 4-bit counter 110. Input clock signal ICLK is applied to the clock terminal of 4-bit counter 110. 4-bit counter 110 drives clock signals CLKD2, CLKD4, CLKD8, and CLKD16 on output terminals O0, O1, O2, and O3, respectively. The output terminals O0 to O3 give the most significant bit from the least significant bit of the 4-bit counter 110, respectively.

図1Bは、クロック分割器100のためのタイミング図である。図1Bから容易に分かるように、入力クロック信号ICLKがクロック周期Pを有する場合、2分割のクロック信号CLKD2は、2Pのクロック周期を有する。同様に、4分割のクロック信号CLKD4は4Pの周期を有し、以下同様である。したがって、クロック信号CLKD2の周波数は、入力クロック信号ICLKの周波数の半分であり、クロック信号CLKD4の周波数は、信号ICLKの周波数の4分の1であり、以下同様である。   FIG. 1B is a timing diagram for clock divider 100. As can be easily seen from FIG. 1B, when the input clock signal ICLK has a clock period P, the divided clock signal CLKD2 has a clock period of 2P. Similarly, the four-divided clock signal CLKD4 has a period of 4P, and so on. Therefore, the frequency of the clock signal CLKD2 is half of the frequency of the input clock signal ICLK, the frequency of the clock signal CLKD4 is a quarter of the frequency of the signal ICLK, and so on.

ICデバイス内にクロック分割器を含むことにより、クロック分割器が使用中であるか否かにかかわらず、一般にタイミングの不利益を被る。図2Aは、クロック分割器が含ま
れていないIC内の第1のクロックドライバ回路を示す。クロックドライバ回路200は、クロックパッド202から入力クロック信号を受取り、そして、その信号をクロックトリー203に与えるドライバ201を含む。図2Bは、任意のクロック分割器204を含む第2のクロックドライバ回路210を示す。設計者は、マルチプレクサ205の制御下において、クロック分割器をバイパスするか、または、回路内にクロック分割器204を含むか、のいずれかを行なうことができる。
The inclusion of a clock divider within an IC device generally suffers from timing penalties regardless of whether the clock divider is in use. FIG. 2A shows a first clock driver circuit in an IC that does not include a clock divider. Clock driver circuit 200 includes a driver 201 that receives an input clock signal from clock pad 202 and provides the signal to clock tree 203. FIG. 2B shows a second clock driver circuit 210 that includes an optional clock divider 204. The designer can either bypass the clock divider or include the clock divider 204 in the circuit under the control of the multiplexer 205.

図2Bは、クロック分割器がクロック経路に含まれているか否かにかかわらず、図2Aの回路に比べ、図2Bの回路にさらに別の遅延D210が存在することを明示する。クロック分割器がバイパスされた場合、バイパス線にさらに別の遅延と、マルチプレクサ205を介した伝播遅延とが生じる。クロック分割器が回路内に含まれている場合、マルチプレクサおよびクロック分割器の両方の、さらに別の伝播遅延が生じる。いずれの場合も、このクロックドライバ回路を介した総遅延が増大する。   FIG. 2B demonstrates that there is an additional delay D210 in the circuit of FIG. 2B compared to the circuit of FIG. 2A, regardless of whether a clock divider is included in the clock path. If the clock divider is bypassed, there will be additional delay on the bypass line and propagation delay through multiplexer 205. If a clock divider is included in the circuit, additional propagation delays occur for both the multiplexer and the clock divider. In either case, the total delay through this clock driver circuit increases.

図1に示されたもの等のクロック分割器が、図2Bのクロックドライバ回路内に配置された場合、マルチプレクサ(図2Bのマルチプレクサ205等)を介してフリップフロップによって(図1の4ビットカウンタ110から)駆動されるクロックトリーが結果的に生じる。明らかに、フリップフロップも、バッファリングされていないマルチプレクサも、大きなクロックトリーを駆動する駆動能力は有しておらず、結果的に得られるクロック信号は、容認不可能なほど遅く、極めて高いスキューを有する。したがって、マルチプレクサ205は、たとえば図3Aおよび図3Bに示されるように、一般にバッファリングされる。   When a clock divider such as that shown in FIG. 1 is placed in the clock driver circuit of FIG. 2B, it is flip-flop (via the 4-bit counter 110 of FIG. 1) via a multiplexer (such as multiplexer 205 of FIG. 2B). A) driven clock tree results. Clearly, neither flip-flops nor unbuffered multiplexers have the drive capability to drive large clock trees, and the resulting clock signal is unacceptably slow and has very high skew. Have. Thus, multiplexer 205 is generally buffered, for example as shown in FIGS. 3A and 3B.

図3Aは、反転クロック分割器314を含む、先行技術のクロックドライバ回路320を示す。多重化回路325がマルチプレクサ205に取って代わり、多重化回路325は、クロック分割器からの入力信号がインバータ306によって反転される状態で、マルチプレクサ205の論理的な等価物を実現する。   FIG. 3A shows a prior art clock driver circuit 320 that includes an inverting clock divider 314. Multiplex circuit 325 replaces multiplexer 205 and multiplex circuit 325 implements the logical equivalent of multiplexer 205 with the input signal from the clock divider inverted by inverter 306.

図3Aで325Aと示された、多重化回路325の一実施例は、それに対して反転クロック分割器314の出力が与えられるトライステートドライバ326と、それに対してバイパスクロック信号が与えられるパスゲート327とを含む。トライステートドライバ326のトライステート制御信号と、パスゲート327のパスゲート制御信号とを制御することにより、分割されたクロック信号またはバイパスクロック信号のいずれかが選択される。しかしながら、この実施例では、バイパスクロック信号が依然としてバッファリングされておらず、高い負荷のクロック信号に対しては、パスゲート327の後ろに別のバッファ(図示せず)が挿入され得ることに注意されたい。   One embodiment of multiplexing circuit 325, designated 325A in FIG. 3A, includes a tri-state driver 326 to which the output of inverting clock divider 314 is provided and a pass gate 327 to which a bypass clock signal is provided. including. By controlling the tristate control signal of the tristate driver 326 and the passgate control signal of the passgate 327, either the divided clock signal or the bypass clock signal is selected. However, it should be noted that in this embodiment, the bypass clock signal is not yet buffered, and another buffer (not shown) may be inserted behind the pass gate 327 for a heavily loaded clock signal. I want.

図3Bは、非反転クロック分割器324を含む、先行技術のクロックドライバ回路330を示す。多重化回路335がマルチプレクサ205に取って代わり、多重化回路335は、出力信号がバッファ309を介してバッファリングされる状態で、マルチプレクサ205の論理的な等価物を実現する。   FIG. 3B shows a prior art clock driver circuit 330 that includes a non-inverting clock divider 324. Multiplex circuit 335 replaces multiplexer 205 and multiplexer circuit 335 implements the logical equivalent of multiplexer 205 with the output signal buffered through buffer 309.

図3Bで335Aと示された、多重化回路335の一実施例は、それに対して非反転クロック分割器324の出力が与えられる第1のトライステートドライバ336と、それに対してバイパスクロック信号が与えられる第2のトライステートドライバ337とを含む。トライステートドライバ336および337のトライステート制御信号を制御することにより、分割されたクロック信号またはバイパスクロック信号のいずれかが選択される。次に、選択されたクロック信号は、インバータ339によって反転およびバッファリングされる。   One embodiment of multiplexing circuit 335, designated 335A in FIG. 3B, includes a first tri-state driver 336, to which the output of non-inverting clock divider 324 is provided, and a bypass clock signal thereto. Second tri-state driver 337. By controlling the tristate control signals of the tristate drivers 336 and 337, either the divided clock signal or the bypass clock signal is selected. The selected clock signal is then inverted and buffered by inverter 339.

しかしながら、図3Aおよび図3Bに示されるクロックドライバ回路は、さらに別の、有意なものとなり得る潜在的な遅延を有する。図3Aのクロック分割器によって加えられるさらに別の遅延D320は、クロック分割器314を介した遅延に、トライステートドライバ326を介した遅延を加えたものである。図3Bのクロック分割器によって加えられるさらに別の遅延D330は、クロック分割器324を介した遅延に、トライステートドライバ336およびインバータ339を介した遅延を加えたものである。   However, the clock driver circuit shown in FIGS. 3A and 3B has yet another potential delay that can be significant. Yet another delay D320 added by the clock divider of FIG. 3A is the delay through the clock divider 314 plus the delay through the tri-state driver 326. Still another delay D330 added by the clock divider of FIG. 3B is the delay through clock divider 324 plus the delay through tristate driver 336 and inverter 339.

クロックドライバ回路を介した遅延は、IC設計者にとって重要なパラメータである。図3Aおよび図3Bに示されたものと同様の回路を用いることにより、クロック分割器が存在することによる、さらに別の遅延は、たとえば約500ピコ秒といった有意なものとなり得る。ほとんどのタイミングパラメータと同様に、この遅延は、一般に、最悪の条件下でのデバイスの動作を確保するために、最悪の場合の値として指定される。したがって、クロック分割器がバイパスされている場合であっても、そのデバイスの仕様は、最悪のシナリオ、すなわちクロック分割器が含まれている場合の遅延に基づく。したがって、クロック分割器が存在することによる、クロック経路上でのさらに別の遅延は、クロック信号を遅延させるだけでなく、ICデバイスを実際よりも低速であるように見せてしまう。   The delay through the clock driver circuit is an important parameter for IC designers. By using a circuit similar to that shown in FIGS. 3A and 3B, yet another delay due to the presence of the clock divider can be significant, eg, about 500 picoseconds. As with most timing parameters, this delay is generally specified as a worst-case value to ensure device operation under worst-case conditions. Thus, even when the clock divider is bypassed, the device specifications are based on the worst case scenario, namely the delay when the clock divider is included. Thus, the additional delay on the clock path due to the presence of the clock divider not only delays the clock signal, but also makes the IC device appear slower than it actually is.

これらのおよび他の理由により、遅延が減じられたクロック分割器回路を提供することが有利である。   For these and other reasons, it would be advantageous to provide a clock divider circuit with reduced delay.

発明の概要
この発明は、回路を含むクロックドライバに対し、それ以上ほとんど遅延を加えることのない新規のクロック分割器回路を提供する。さらに、一実施例に従い、この発明のクロック分割器回路は、多くのクロック分割器においてそうであるように2の累乗に限定されるのではなく、任意の偶数によって分割する能力を提供する。クロック分割器回路を介した遅延は、除数としてどの偶数が選択されるかに関係なく、同じである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a novel clock divider circuit that adds little further delay to a clock driver that includes the circuit. Further, according to one embodiment, the clock divider circuit of the present invention provides the ability to divide by any even number, rather than being limited to a power of two as is the case with many clock dividers. The delay through the clock divider circuit is the same regardless of which even number is selected as the divisor.

この発明の一実施例において、クロック分割器回路は、入力クロック信号を受取ってセット制御信号およびリセット制御信号を生成するステートマシンを含む。セット制御信号およびリセット制御信号は、それぞれセットパスゲートおよびリセットパスゲートを制御するために用いられ、出力ノード上のプルアップおよびプルダウンのそれぞれのゲート端子に、入力クロック信号を選択的に与える。セット制御信号およびリセット制御信号は、出力ノードに配置される値を維持するキーパー回路にも与えられる。   In one embodiment of the invention, the clock divider circuit includes a state machine that receives an input clock signal and generates a set control signal and a reset control signal. The set control signal and the reset control signal are used to control the set pass gate and the reset pass gate, respectively, and selectively provide an input clock signal to the pull-up and pull-down gate terminals on the output node. The set control signal and the reset control signal are also supplied to a keeper circuit that maintains a value arranged at the output node.

この回路の利点は、先行技術のクロック分割器に典型的な遅延(D−フリップフロップの遅延、マルチプレクサの遅延等)が、クロック経路からセット制御信号およびリセット制御信号を含む経路にシフトされることである。したがって、これらの遅延は、クロック経路上に存在せず、すなわち、クロック分割器回路のクリティカルパス上に存在しない。   The advantage of this circuit is that the delays typical of prior art clock dividers (D-flip-flop delay, multiplexer delay, etc.) are shifted from the clock path to the path containing the set and reset control signals. It is. These delays are therefore not on the clock path, i.e. not on the critical path of the clock divider circuit.

別の利点は、ステートマシンの機能性を制御することにより、クロック分割器回路に対し、除数として任意の偶数(ステートマシンに構築された能力の限度までの)を選択できることである。したがって、この発明のクロック分割器回路は、多くの公知のクロック分割器に比べ、さらに柔軟性をもたらす。   Another advantage is that by controlling the state machine functionality, any even number (up to the capacity limit built into the state machine) can be selected for the clock divider circuit as a divisor. Thus, the clock divider circuit of the present invention provides more flexibility than many known clock dividers.

一実施例において、位相ビットが与えられる。位相ビットにより、ユーザは、入力クロックの第1の立上がり端でクロック分割器回路を始動させるか、または、予め規定された数のクロック周期だけ、クロック分割器回路を遅延させるか、のいずれかを行なうことが
できる。
In one embodiment, phase bits are provided. The phase bit allows the user to either start the clock divider circuit on the first rising edge of the input clock or delay the clock divider circuit by a predefined number of clock periods. Can be done.

別の実施例において、クロック分割器回路は、ユーザがクロック周期の数のカウントを誤り、クロック処理中に誤ってクロックをリセットした場合に、最新のハイのパルスを完成するように(たとえば、最新のデータ値においてクロックするように)設計される。   In another embodiment, the clock divider circuit may complete the latest high pulse if the user miscounts the number of clock periods and accidentally resets the clock during clock processing (e.g., latest Designed to clock at a data value of

この発明の別の局面に従い、クロックドライバ回路は、入力バッファと、バイパスパスゲートと、トライステート化され得るクロック分割器回路とを含む。バイパス信号と、クロック分割器回路の出力とのいずれかを選択するためにマルチプレクサ回路を用いる代わりに、クロック分割器回路はトライステート化され得る。したがって、クロック分割器回路がトライステート化されて、バイパスパスゲートがオンであると、バイパス信号をクロックドライバ回路の出力に通過させる。クロック分割器回路が活性状態にあり(トライステート化されておらず)、バイパスパスゲートがオフであると、分割されたクロック信号をクロックドライバ回路の出力に通過させる。したがって、従来のクロック分割器回路で用いられたマルチプレクサ回路によって加えられるさらに別の遅延が、解消される。   In accordance with another aspect of the invention, a clock driver circuit includes an input buffer, a bypass pass gate, and a clock divider circuit that can be tri-stated. Instead of using a multiplexer circuit to select between the bypass signal and the output of the clock divider circuit, the clock divider circuit can be tristated. Therefore, if the clock divider circuit is tri-stated and the bypass pass gate is on, the bypass signal is passed to the output of the clock driver circuit. When the clock divider circuit is active (not tristated) and the bypass pass gate is off, the divided clock signal is passed to the output of the clock driver circuit. Thus, further delays added by the multiplexer circuit used in conventional clock divider circuits are eliminated.

この発明は、同様の参照番号が同様の要素を示す以下の図面において、限定としてではなく例示として示される。   The present invention is illustrated by way of illustration and not limitation in the following figures in which like reference numbers indicate like elements.

図面の詳細な説明
以下の説明において、この発明の、より完全な理解をもたらすために、多数の特定の詳細が明示される。しかしながら、当業者には、これらの特定の詳細なしにこの発明を実施できることが明らかであろう。
DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a more thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details.

図4は、クロックパッド402、入力バッファ401、バイパスパスゲートPassB、およびクロック分割器回路434を含むクロックドライバ回路440を示す。先行技術のクロックドライバ回路とは異なり、クロックドライバ回路440は、クロック分割器回路434の出力とバイパスクロック信号とのいずれかを選択するためにマルチプレクサを含まない。その代わりに、クロック分割器回路434は、内部でトライステート化され得る。クロック分割器回路434がトライステート化されて(すなわち、高インピーダンスに置かれ)、パスゲートPassBがオンであると、バイパスクロック信号をクロックトリー403に通過させる。クロック分割器回路434が活性状態にあり、パスゲートPassBがオフであると、分割されたクロック信号をクロックトリー403に通過させる。   FIG. 4 shows a clock driver circuit 440 that includes a clock pad 402, an input buffer 401, a bypass pass gate PassB, and a clock divider circuit 434. Unlike prior art clock driver circuits, the clock driver circuit 440 does not include a multiplexer to select either the output of the clock divider circuit 434 or the bypass clock signal. Instead, the clock divider circuit 434 can be tri-stated internally. When the clock divider circuit 434 is tri-stated (ie, placed in high impedance) and the pass gate PassB is on, the bypass clock signal is passed through the clock tree 403. When the clock divider circuit 434 is in the active state and the pass gate PassB is off, the divided clock signal is passed through the clock tree 403.

図4の回路434Aは、トライステート化され得るクロック分割器434の一実現例を示す。この発明のこの実施例において、トライステート化され得るクロックドライバ回路は、ステートマシン436、プルアップ回路PUckt、プルダウン回路PDckt、およびキーパー回路439を含む。   Circuit 434A of FIG. 4 illustrates one implementation of clock divider 434 that can be tri-stated. In this embodiment of the invention, the clock driver circuit that can be tri-stated includes a state machine 436, a pull-up circuit PUckt, a pull-down circuit PDckt, and a keeper circuit 439.

ステートマシン436は、クロック分割器の入力クロック信号CKINを受取り、セット制御信号およびリセット制御信号(それぞれQSおよびQR)を生成する。制御信号QSがローであると、入力クロックCKINの立上がり端をノード「S」に通過させて、したがって出力信号CKOUTに通過させる。制御信号QRがローであると、入力クロックCKINの立上がり端をノード「R」に通過させて、したがって、出力信号CKOUTの立下がり端に通過させる。ノードSおよびRは、好ましくは、リセット信号(図示せず)によってゲート処理されるプルダウンおよびプルアップ(これも図示せず)によって、それぞれローおよびハイの値に初期化される。ステートマシン436は、入力信号CKINが、「分割された」クロック周期のどこに存在するかを追跡して、QSおよびQR上に適切な電圧レベルを生成して、出力クロック信号を適切な時間にハイおよびローに駆動する
。たとえば、除数が6である場合、制御信号QSおよびQRの各々は、6つごとに1つのCKINクロック周期でローのパルスを打つ。
The state machine 436 receives the input clock signal CKIN of the clock divider and generates a set control signal and a reset control signal (QS and QR, respectively). When the control signal QS is low, the rising edge of the input clock CKIN is passed to the node “S” and thus to the output signal CKOUT. When the control signal QR is low, the rising edge of the input clock CKIN is passed to the node “R” and, therefore, is passed to the falling edge of the output signal CKOUT. Nodes S and R are preferably initialized to low and high values, respectively, by pull-down and pull-up (also not shown) gated by a reset signal (not shown). The state machine 436 keeps track of where the input signal CKIN is present in the “divided” clock period, generates appropriate voltage levels on QS and QR, and sets the output clock signal high at the appropriate time. And drive low. For example, if the divisor is 6, each of the control signals QS and QR pulses low with one CKIN clock period for every six.

一実施例において、ステートマシンは、1つの除数にのみ対応する。他の実施例において、ステートマシンはプログラム可能であり、複数の除数に対応する。   In one embodiment, the state machine only supports one divisor. In other embodiments, the state machine is programmable and supports multiple divisors.

実施例の中には、ステートマシンおよびクロック分割器回路が、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)またはプログラム可能複合論理デバイス(CPLD)等のプログラム可能論理デバイス(PLD)の一部を形成するものがある。このような実施例の1つにおいて、ステートマシンは、ユーザによって制御されるプログラム可能なロジックを用いて実現されて、特定の設計において或る特定の機能を果たし、1つの除数のみを支援する。   In some embodiments, the state machine and clock divider circuit form part of a programmable logic device (PLD), such as a field programmable gate array (FPGA) or programmable composite logic device (CPLD). . In one such embodiment, the state machine is implemented using programmable logic that is controlled by the user, performs a specific function in a specific design, and supports only one divisor.

別の実施例において、クロック分割器およびステートマシンの回路は、専用のロジック(すなわち、ユーザによって制御されるロジックブロックを用いない)において実現される。しかしながら、この専用のロジックは、プログラム可能であるように設計することができる。たとえば、実施例の中には、クロック分割器回路がプログラム可能論理デバイス内の専用のロジックで実現されるものがある。クロック分割器回路は、いくつかの任意の除数を支援するように構成することのできるステートマシンを含む。このような実施例の1つにおいて、PLDがCPLDである場合、ステートマシンは、CPLD用の典型的なプログラミング処理を用い、FLASHメモリに記憶された論理値によって制御される。この実施例において、論理値は、CPLDの構成データファイル内に含まれる。このような別の実施例において、PLDがFPGAである場合、ステートマシンは、FPGAに対する通常の構成処理の間に、SRAMセルに記憶された論理値によって制御される。この実施例において、論理値は、構成ビットストリームの一部としてロードされる。   In another embodiment, the clock divider and state machine circuits are implemented in dedicated logic (ie, without user-controlled logic blocks). However, this dedicated logic can be designed to be programmable. For example, in some embodiments, the clock divider circuit is implemented with dedicated logic within a programmable logic device. The clock divider circuit includes a state machine that can be configured to support a number of arbitrary divisors. In one such embodiment, when the PLD is a CPLD, the state machine is controlled by logical values stored in FLASH memory using a typical programming process for CPLD. In this embodiment, the logical value is included in the CPLD configuration data file. In another such embodiment, if the PLD is an FPGA, the state machine is controlled by the logic value stored in the SRAM cell during normal configuration processing for the FPGA. In this embodiment, the logical value is loaded as part of the constituent bitstream.

図4に戻ると、セット制御信号QSが、セットパスゲートPassSを制御し、このセットパスゲートPassSは、プルアップPUに対し、入力クロック信号CKINを選択的に与える。図4の実施例において、セットパスゲートPassSは、プルアップPUのゲートを駆動するインバータINVSの入力端子に結合される。リセット制御信号QRは、リセットパスゲートPassRを制御し、リセットパスゲートPassRは、プルダウンPDに対し、入力クロック信号CKINを選択的に与える。   Returning to FIG. 4, the set control signal QS controls the set pass gate PassS, and this set pass gate PassS selectively provides the input clock signal CKIN to the pull-up PU. In the embodiment of FIG. 4, the set pass gate PassS is coupled to the input terminal of an inverter INVS that drives the gate of the pull-up PU. The reset control signal QR controls the reset pass gate PassR, and the reset pass gate PassR selectively provides the input clock signal CKIN to the pull-down PD.

図示された実施例において、プルアップPUは、PMOSトランジスタであり、パスゲートPassSは、セット制御信号QSと、インバータ437によって反転された同じ信号とによって制御されるCMOSパスゲートであり、パスゲートPassRは、リセット制御信号QRと、インバータ438によって反転された同じ信号とによって制御されるCMOSパスゲートであり、プルダウンPDは、NMOSトランジスタである。他の実施例では、他の種類のトランジスタおよび/または他の回路を用いて、プルアップPU、プルダウンPD、ならびにパスゲートPassSおよびPassRを実現する。たとえば、パスゲートPassSおよびPassRは、NMOSトランジスタ、PMOSトランジスタ、トライステートドライバ等として実現することができ、プルアップPUは、インバータINVSが省かれている場合、NMOSトランジスタとして実現することができる。   In the illustrated embodiment, the pull-up PU is a PMOS transistor, the pass gate PassS is a CMOS pass gate controlled by the set control signal QS and the same signal inverted by the inverter 437, and the pass gate PassR is reset. The CMOS pass gate is controlled by the control signal QR and the same signal inverted by the inverter 438, and the pull-down PD is an NMOS transistor. In other embodiments, other types of transistors and / or other circuits are used to implement pull-up PU, pull-down PD, and pass gates PassS and PassR. For example, the pass gates PassS and PassR can be realized as NMOS transistors, PMOS transistors, tristate drivers, etc., and the pull-up PU can be realized as an NMOS transistor when the inverter INVS is omitted.

セットパスゲートPassS、インバータ437およびINVS、ならびにプルアップPUは、まとめてプルアップ回路PUcktを構成する。リセットパスゲートPassR、インバータ438、およびプルダウンPDは、まとめてプルダウン回路PDcktを構成する。   The set pass gate PassS, the inverters 437 and INVS, and the pull-up PU collectively constitute a pull-up circuit PUckt. The reset pass gate PassR, the inverter 438, and the pull-down PD collectively constitute a pull-down circuit PDckt.

プルアップPUおよびプルダウンPDは、パワーハイ(VCC)と接地(GND)との
間で直列に結合される。プルアップPUとプルダウンPDとの間のノードは、クロック分割器の出力端子CKOUTに結合される。
Pull-up PU and pull-down PD are coupled in series between power high (VCC) and ground (GND). The node between pull-up PU and pull-down PD is coupled to the output terminal CKOUT of the clock divider.

セットSおよびリセットRの制御信号は、出力端子CKOUTに結合されるキーパー回路439にも与えられる。キーパー回路439は、出力端子CKOUT上の信号を強化する弱い出力信号KOUTを与えて、プルアップPUおよびプルダウンPDの両方がオフであるときに、信号の電圧レベルが引き続きノードに記憶されるようにする。キーパー回路439の一実施例を、図15を参照して以下に詳細に説明する。しかしながら、キーパー回路は当該技術において周知であり、出力信号KOUTがプルアップPUおよびプルダウンPDの両方によって無効にされるほど弱い限り、クロックドライバ434Aにおいて任意のキーパー回路を用いることができる。たとえば、2つのインバータを備えた、弱い、クロス結合されたラッチを、インバータの一方もまた信号CKOUTを駆動する状態で、弱いキーパーとして用いることができる。この実施例は、弱いキーパーに対する入力として、信号S、R、およびCDENを必要としない。   The set S and reset R control signals are also provided to a keeper circuit 439 coupled to the output terminal CKOUT. Keeper circuit 439 provides a weak output signal KOUT that enhances the signal on output terminal CKOUT so that when both pull-up PU and pull-down PD are off, the voltage level of the signal continues to be stored at the node. To do. One embodiment of the keeper circuit 439 will be described in detail below with reference to FIG. However, any keeper circuit is well known in the art and any keeper circuit can be used in the clock driver 434A as long as the output signal KOUT is weak enough to be overridden by both pull-up PU and pull-down PD. For example, a weak, cross-coupled latch with two inverters can be used as a weak keeper with one of the inverters also driving the signal CKOUT. This embodiment does not require signals S, R, and CDEN as inputs to the weak keeper.

セット制御信号QSおよびリセット制御信号QRは、好ましくは、互いに排他的である。すなわち、好ましくは、ステートマシン436は、信号QSおよびQRを同時に活性化させない。したがって、プルアップPUおよびプルダウンPDは、両方が同時にオンにならず、VCCとGNDとの間に電流は流れず、図3Aおよび図3Bに示される従来のクロック分割器回路で生じ得るように、トランジスタがそれによってCKOUTの出力端子上の値を制御する、一時的な競合も存在しない。   The set control signal QS and the reset control signal QR are preferably mutually exclusive. That is, preferably state machine 436 does not activate signals QS and QR at the same time. Thus, pull-up PU and pull-down PD are not both turned on at the same time, no current flows between VCC and GND, and can occur in the conventional clock divider circuit shown in FIGS. 3A and 3B. There is also no temporary contention by which the transistor controls the value on the output terminal of CKOUT.

クロックの立上がり端に対する、クロックドライバ回路434Aを介した遅延が、パスゲートPassS、インバータINVS、およびプルアップPUを介した遅延しか含まないことに注目されたい。クロックの立下がり端に対する、クロックドライバ回路434Aを介した遅延は、パスゲートPassRおよびプルダウンPDを介した遅延しか含まない。したがって、クロックドライバ回路440のクロック遅延は、たとえば図3Aおよび図3Bのクロックドライバ回路320および330を介したクロック遅延よりもはるかに短い。   Note that the delay through the clock driver circuit 434A relative to the rising edge of the clock includes only the delay through the pass gate PassS, inverter INVS, and pull-up PU. The delay through the clock driver circuit 434A relative to the falling edge of the clock includes only the delay through the pass gate PassR and pull-down PD. Thus, the clock delay of clock driver circuit 440 is much shorter than the clock delay through, for example, clock driver circuits 320 and 330 of FIGS. 3A and 3B.

図4の新規の回路構成は、さらに利点を有する。従来のクロックドライバにおいて、クロック信号は、クロックの立上がり端および立下がり端の両方に対して、ドライバを介した同一経路を辿る。したがって、回路は、両方の端に対して最適化され得ない。むしろ、クロックの両方の端において容認可能な性能をもたらすための、何らかの妥協を得るように努めなければならない。しかしながら、図4に示された回路では、プルアップPUおよびプルダウンPDが別個に制御される。したがって、対応するクロックの端に対して、制御トランジスタの各々を最適化することができる。すなわち、出力クロック信号CKOUTの立上がり端は、パスゲートPassS、インバータINVS、およびプルアップPUによって制御され、出力クロック信号CKOUTの立下がり端は、パスゲートPassRおよびプルダウンPDによって制御される。したがって、パスゲートPassS、インバータINVS、およびプルアップPUを最適化して、出力クロックCKOUTの立上がり端の性能を改善することができ、パスゲートPassRおよびプルダウンPDを最適化して、出力クロックCKOUTの立下がり端の性能を改善することができる。この最適化は、たとえば、コンピュータに実施される回路シミュレーションを含む、周知の方法を介して達成することができる。   The novel circuit configuration of FIG. 4 has further advantages. In conventional clock drivers, the clock signal follows the same path through the driver for both the rising and falling edges of the clock. Therefore, the circuit cannot be optimized for both ends. Rather, efforts must be made to make some compromise to provide acceptable performance at both ends of the clock. However, in the circuit shown in FIG. 4, the pull-up PU and pull-down PD are controlled separately. Thus, each of the control transistors can be optimized for the corresponding clock edge. That is, the rising edge of the output clock signal CKOUT is controlled by the pass gate PassS, the inverter INVS, and the pull-up PU, and the falling edge of the output clock signal CKOUT is controlled by the pass gate PassR and the pull-down PD. Therefore, the pass gate PassS, the inverter INVS, and the pull-up PU can be optimized to improve the performance of the rising edge of the output clock CKOUT, and the pass gate PassR and the pull-down PD can be optimized to reduce the falling edge of the output clock CKOUT. The performance can be improved. This optimization can be accomplished via well-known methods including, for example, computer-implemented circuit simulation.

これらの理由のすべてにより、クロックドライバ回路434Aを介したクロック遅延は、従来のクロックドライバ回路を介した遅延よりも著しく低下する。上で述べたように、従来のクロック分割器を用いるクロックドライバ回路に加わる遅延は、一般に約500ピコ秒である。しかしながら、同様の製造技術を用いた場合、クロック分割器434Aを用
いる場合に加わる遅延は、僅か90ピコ秒ほどになり得る。
For all of these reasons, the clock delay through the clock driver circuit 434A is significantly lower than the delay through the conventional clock driver circuit. As noted above, the delay added to a clock driver circuit using a conventional clock divider is typically about 500 picoseconds. However, using similar manufacturing techniques, the delay added when using clock divider 434A can be as little as 90 picoseconds.

プログラム可能なクロック分割器
図5および図8〜図15は、まとめて、この発明の一実施例に従ったプログラム可能なクロック分割器回路500の詳細な概略図を示す。図6および図7は、それぞれ2分割モードおよび6分割モードにおける、クロック分割器回路500のための2つの例示的なタイミング図を提供する。次に、この実施例の動作を、図5〜図15を参照して説明する。
Programmable Clock Divider FIGS. 5 and 8-15 collectively show a detailed schematic diagram of a programmable clock divider circuit 500 according to one embodiment of the present invention. 6 and 7 provide two exemplary timing diagrams for the clock divider circuit 500 in the divide-by-two mode and the divide-by-6 mode, respectively. Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.

クロック分割器回路500で用いられる信号は、以下のものを含む。   The signals used in the clock divider circuit 500 include:

・CKIN クロック分割器回路への入力クロック信号。   • CKIN Input clock signal to the clock divider circuit.

・CKOUT 出力クロック信号(分割されたクロック等)。   CKOUT output clock signal (eg, divided clock).

・CDRST ハイのときはクロック分割器回路をリセットし(不能にし)、ローのときはクロック分割器回路を解放する(能動化する)。   • CDRST Resets (disables) the clock divider circuit when high, and releases (enables) the clock divider circuit when low.

・CDEN 他の制御信号を無効にする。ハイのときは、クロック分割器を能動化し、バイパス回路BPCをオフにし、キーパー回路560がSおよびRの制御信号に追従しかつCKOUTの値を安定状態に保つことを可能にし、RST信号の制御に対するリセットフィルタを解放する。ローのときは、クロック分割器を不能にし、バイパス回路BPCをオンにし、キーパー回路560をトライステート化し、プルアップPUおよびプルダウンPDの両方をオフにする。一実施例において、信号CDENは、FPGA内のSRAM構成メモリセルまたはCPLD内のFLASHメモリセル等の構成メモリセルに記憶された値である。   ・ CDEN Disables other control signals. When high, enable clock divider, turn off bypass circuit BPC, allow keeper circuit 560 to follow S and R control signals and keep CKOUT value stable, control RST signal Release the reset filter for. When low, the clock divider is disabled, the bypass circuit BPC is turned on, the keeper circuit 560 is tri-stated, and both the pull-up PU and pull-down PD are turned off. In one embodiment, signal CDEN is a value stored in a configuration memory cell, such as an SRAM configuration memory cell in an FPGA or a FLASH memory cell in a CPLD.

・CDDIV プログラム可能なクロック分割器に対する除数を選択する入力信号(CDDIV0、CDDIV1、およびCDDIV2)。一実施例において、制御信号CDDIV0〜CDDIV2は、FPGA内のSRAM構成メモリセルまたはCPLD内のFLASHメモリセル等の構成メモリセルに記憶された値である。   CDDIV Input signals (CDDIV0, CDDIV1, and CDDIV2) that select the divisor for the programmable clock divider. In one embodiment, control signals CDDIV0-CDDIV2 are values stored in configuration memory cells, such as SRAM configuration memory cells in FPGA or FLASH memory cells in CPLD.

・CDP 任意の位相シフトをもたらす。ハイのとき、クロック分割器の出力信号CKOUTは、CDRSTがローになった後に、入力クロック信号CKINの第1の立上がり端上で立ち上がる。ローのとき、クロック分割器の出力信号は、1つの出力クロック周期(すなわち1つのCKOUT周期)だけ遅延される。たとえば、クロック分割器が4で分割されるように構成される場合、CKOUT信号は、CDRSTがローになった後に、CKIN信号の第5の立上がり端で立ち上がる。   CDP causes an arbitrary phase shift. When high, the clock divider output signal CKOUT rises on the first rising edge of the input clock signal CKIN after CDRST goes low. When low, the clock divider output signal is delayed by one output clock period (ie, one CKOUT period). For example, if the clock divider is configured to divide by 4, the CKOUT signal rises on the fifth rising edge of the CKIN signal after CDRST goes low.

・PUINIT この初期化信号は、PLDの電源投入中にのみハイとなる入力信号である。これは、主に、PLD全体のフリップフロップを初期化するように用いられる。   PUINIT This initialization signal is an input signal that goes high only while the PLD is powered on. This is mainly used to initialize the flip-flops of the entire PLD.

図5のクロック分割器回路は、プログラム可能な制御回路501、プルアップ回路PUC、プルダウン回路PDC、キーパー回路560、およびバイパス回路BPCを含む。   The clock divider circuit of FIG. 5 includes a programmable control circuit 501, a pull-up circuit PUC, a pull-down circuit PDC, a keeper circuit 560, and a bypass circuit BPC.

図6は、2分割モードにおける、図5のクロック分割器回路の動作を示すタイミング図である。クロック分割器のリセット信号CDRSTがハイである限り、信号QS、QR、S、およびRは、それらのリセット値のままである(それぞれロー、ハイ、ロー、およびハイ)。プログラム可能な制御回路501は、入力信号CDDIV[2:0]を復号し、2の除数を導出する。クロック分割器のリセット信号CDRSTがローになると、信号Sは、CKINの次の立上がり端においてハイになる。次に、信号Sは、CKINの次の立
下がり端において再びローになる。キーパー信号KOUTは、信号Sがローになるときもハイのままであり、従って、信号CKOUTは、信号Sがローになった後もハイのままである。
FIG. 6 is a timing diagram illustrating the operation of the clock divider circuit of FIG. 5 in the two-divided mode. As long as the clock divider reset signal CDRST is high, the signals QS, QR, S, and R remain at their reset values (low, high, low, and high, respectively). The programmable control circuit 501 decodes the input signal CDDIV [2: 0] and derives a divisor of 2. When the clock divider reset signal CDRST goes low, the signal S goes high at the next rising edge of CKIN. The signal S then goes low again at the next falling edge of CKIN. The keeper signal KOUT remains high when the signal S goes low, so the signal CKOUT remains high after the signal S goes low.

次に、信号Rは、CKINの次の立上がり端においてハイになり(なぜなら、ステートマシンが信号QRをローに設定したためである)、CKOUTをローにする。次に、信号Rは、CKINの次の立下がり端において再びローになる。キーパー信号KOUTは、信号Rがローになるときローのままであり、従って、信号CKOUTは、信号Rがローになった後もローのままである。この周期は、クロック分割器のリセット信号CDRSTがハイになるまで繰返される。クロック分割器が、信号CKOUTがハイである間にリセットされる場合、信号CKOUT上のハイのパルスが完成される。   Next, signal R goes high at the next rising edge of CKIN (because the state machine has set signal QR low), causing CKOUT to go low. Signal R then goes low again at the next falling edge of CKIN. Keeper signal KOUT remains low when signal R goes low, and therefore signal CKOUT remains low after signal R goes low. This cycle is repeated until the clock divider reset signal CDRST goes high. If the clock divider is reset while signal CKOUT is high, a high pulse on signal CKOUT is completed.

図7は、6分割モードにおける、図5のクロック分割器回路の動作を示すタイミング図である。このタイミング図は、図6のものと同様であるが、信号QSおよびQRが、1つおきのクロック周期ではなく第6のクロック周期ごとにローになり、QSおよびQRに依存する信号が、結果的により低い頻度で生じる点が異なる。   FIG. 7 is a timing diagram illustrating the operation of the clock divider circuit of FIG. 5 in the 6-divided mode. This timing diagram is similar to that of FIG. 6, but the signals QS and QR go low every sixth clock period instead of every other clock period, and the signals that depend on QS and QR result It differs in that it occurs less frequently.

バイパス回路
バイパス回路BPCは、クロック分割器回路のクロック分割器機能をバイパスして不能にする方法を提供する。パスゲートPassBは、入力クロック端子CKINと出力クロック端子CKOUTとの間に位置する。図示された実施例において、パスゲートPassBはCMOSパスゲートであり、PMOS制御端子がCDENに結合され、NMOS制御端子がインバータ544によって生成された反転信号に結合される。クロック分割器イネーブル信号CDENがハイであると、パスゲートはオフである。クロック分割器イネーブル信号CDENがローであると、パスゲートはオンである。
The bypass circuit bypass circuit BPC provides a way to bypass and disable the clock divider function of the clock divider circuit. The pass gate PassB is located between the input clock terminal CKIN and the output clock terminal CKOUT. In the illustrated embodiment, the pass gate PassB is a CMOS pass gate with the PMOS control terminal coupled to CDEN and the NMOS control terminal coupled to the inverted signal generated by the inverter 544. When the clock divider enable signal CDEN is high, the pass gate is off. When the clock divider enable signal CDEN is low, the pass gate is on.

プログラム可能な制御回路
図5の実施例において、プログラム可能な制御回路501は、同期されたリセット生成器510、デコーダ520、およびステートマシン530を含む。
Programmable Control Circuit In the embodiment of FIG. 5, programmable control circuit 501 includes a synchronized reset generator 510, a decoder 520, and a state machine 530.

同期されたリセット510は、クロック分割器のリセット信号CDRSTの、適切に遅延されたバージョンを与える。リセット信号がその分だけ遅延されるCKINクロック周期の数は、3つの制御信号CDDIV0〜CDDIV2によって制御される。   The synchronized reset 510 provides an appropriately delayed version of the clock divider reset signal CDRST. The number of CKIN clock periods by which the reset signal is delayed by that amount is controlled by three control signals CDDIV0-CDDIV2.

同期されたリセット510の一実施例が図8に示される。同期されたリセット510は、直列に結合された16組のフリップフロップ801〜816を含む。偶数個のフリップフロップのQ出力は、制御信号CDDIV0〜CDDIV2によって制御される8:1マルチプレクサ820に与えられる。図示された実施例において、CDDIVの値は、表1に示されるように、クロック分割器の、除算される値(除数)に対応する。   One embodiment of a synchronized reset 510 is shown in FIG. Synchronized reset 510 includes 16 sets of flip-flops 801-816 coupled in series. The Q outputs of the even number of flip-flops are supplied to an 8: 1 multiplexer 820 controlled by control signals CDDIV0 to CDDIV2. In the illustrated embodiment, the value of CDDIV corresponds to the value (divisor) to be divided of the clock divider, as shown in Table 1.

Figure 0003830940
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マルチプレクサ820の出力は、クロック分割器リセット信号CDRSTをミラー化する信号であるが、選択された数のCKINクロック周期だけ遅延される。マルチプレクサ820の出力は、2:1マルチプレクサ821の「0」のデータ端子を駆動する。「1」の入力端子は、CDRST信号によって駆動され、2つの入力のうちの1つが、上で述べたように、制御信号CDPによって選択される。   The output of multiplexer 820 is a signal that mirrors clock divider reset signal CDRST, but is delayed by a selected number of CKIN clock periods. The output of multiplexer 820 drives the “0” data terminal of 2: 1 multiplexer 821. The “1” input terminal is driven by the CDRST signal, and one of the two inputs is selected by the control signal CDP as described above.

マルチプレクサ821の出力は、NANDゲート823を駆動するセットフリップフロップ817に記憶される。フリップフロップ817のセット端子は、上で述べたように、信号PUINITによって駆動される。NANDゲート823への他の入力は、プルダウン回路PDCからのリセット制御信号Rである。NANDゲート823は、信号PUINIT(電源投入中にのみハイになり、PLD上の全フリップフロップを初期化する)の反転によってNANDにされて、リセット信号SYNRSTを生成する。   The output of the multiplexer 821 is stored in the set flip-flop 817 that drives the NAND gate 823. The set terminal of the flip-flop 817 is driven by the signal PUINIT as described above. Another input to the NAND gate 823 is a reset control signal R from the pull-down circuit PDC. The NAND gate 823 is NANDed by inversion of the signal PUINIT (high only during power-up and initializes all flip-flops on the PLD) to generate the reset signal SYNRST.

NANDゲート823へのR入力は、さらに別の能力を提供する。信号CKOUTがハイである間にクロック分割器がリセットされると、リセット制御信号Rからのフィードバックにより、信号CKOUT上の最新のクロック周期が確実に完成される。   The R input to NAND gate 823 provides yet another capability. If the clock divider is reset while signal CKOUT is high, the feedback from reset control signal R ensures that the latest clock period on signal CKOUT is completed.

図9は、デコーダ520の一実施例を示す。図示された実施例は、NORゲート901〜913、NANDゲート920〜939、およびインバータ950〜957を含む。デコーダ520は、信号CDDIV0〜CDDIV2を復号して、これらの信号から制御信号DIV2〜DIV14およびSMX_6〜16を生成し、これらは、図9および図5において「DIV」と表示されたバスを形成する。デコーダはまた、信号CDDIV0〜CDDIV2から、制御信号OFF2〜OFF16を生成し、これらは、図9および図5において「OFF」と表示されたバスを形成する。これらの信号はすべて、ステートマシン530を制御するために用いられる。デコーダ520のための復号テーブルが表2Aおよび表2Bに示され、ここで、「1」はハイであり、「0」はローであり、「x」はドントケア値である。   FIG. 9 shows one embodiment of the decoder 520. The illustrated embodiment includes NOR gates 901-913, NAND gates 920-939, and inverters 950-957. Decoder 520 decodes signals CDDIV0-CDDIV2 and generates control signals DIV2-DIV14 and SMX_6-16 from these signals, which form the bus labeled "DIV" in FIGS. 9 and 5 . The decoder also generates control signals OFF2 to OFF16 from the signals CDDIV0 to CDDIV2, which form a bus labeled “OFF” in FIGS. All these signals are used to control the state machine 530. Decoding tables for decoder 520 are shown in Tables 2A and 2B, where “1” is high, “0” is low, and “x” is a don't care value.

加えて、デコーダ520において、別のリセット信号RSTが、クロック分割器イネーブル信号CDENおよびリセット信号SYNRSTから生成される。このリセット信号は、それぞれプルアップ回路およびプルダウン回路においてセットフィルタおよびリセットフィルタをリセットするために用いられる。   In addition, in the decoder 520, another reset signal RST is generated from the clock divider enable signal CDEN and the reset signal SYNRST. This reset signal is used to reset the set filter and the reset filter in the pull-up circuit and the pull-down circuit, respectively.

Figure 0003830940
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図10(図10Aおよび図10Bを含む)は、ステートマシン530の一実施例のブロック図である。ステートマシン530は、デコーダ520からのDIVおよびOFFのバスによって制御されて、プルアップ回路およびプルダウン回路(それぞれ)のセットフィルタおよびリセットフィルタに対して、QSおよびQR制御信号を与える。ステートマシン530は、図10に示されるように、直列に接続された7つのサブセル(ロジックブロック531a〜fおよび532)を含む。信号DIV14〜DIV2は、マルチプレクサa〜qおよびt〜uを介して、ブロック間の直列接続を制御する。クロック分割器が能動
化されると(すなわち、CDENがハイになると)、DIV信号DIV14〜DIV2の正確に1つがハイになる(表2A参照)。したがって、サブセルの1つを除くすべては、チェーンに沿って左から右に値を通過させる。選択されたサブセルは、そのQSおよびQRの値をチェーン上に配置する。
FIG. 10 (including FIGS. 10A and 10B) is a block diagram of one embodiment of state machine 530. The state machine 530 is controlled by the DIV and OFF buses from the decoder 520 to provide QS and QR control signals to the set and reset filters of the pull-up and pull-down circuits (respectively). State machine 530 includes seven subcells (logic blocks 531a-f and 532) connected in series as shown in FIG. Signals DIV14 to DIV2 control the serial connection between the blocks via multiplexers a to q and t to u. When the clock divider is activated (ie, when CDEN goes high), exactly one of the DIV signals DIV14-DIV2 goes high (see Table 2A). Thus, all but one of the subcells pass values from left to right along the chain. The selected subcell places its QS and QR values on the chain.

たとえば、除数が6である場合、信号DIV6はハイである。したがって、サブセル531fは、そのDS6端子を介してチェーン上に信号QSを配置するサブセルである。同様に、値QR6FBは、サブセル531fのdly6(Ddelay6)端子上に配置され、信号QR2は、サブセル531fのDR6端子上に配置される。次に、選択されたQSおよびQRの値を、それぞれフリップフロップ533および534に通過させる。セット制御信号QSは、フリップフロップ533によって与えられる。リセット制御信号QRは、マルチプレクサ535によって与えられ、マルチプレクサ535は、信号SMX_6〜16、DIV4、およびDIV2の値に基づいて、値QR6dly、QR4dly、およびQR2のいずれかを選択する。   For example, if the divisor is 6, the signal DIV6 is high. Therefore, the subcell 531f is a subcell in which the signal QS is arranged on the chain via the DS6 terminal. Similarly, value QR6FB is arranged on the dly6 (Ddelay6) terminal of subcell 531f, and signal QR2 is arranged on the DR6 terminal of subcell 531f. Next, the selected QS and QR values are passed through flip-flops 533 and 534, respectively. The set control signal QS is given by the flip-flop 533. The reset control signal QR is provided by the multiplexer 535, and the multiplexer 535 selects one of the values QR6dly, QR4dly, and QR2 based on the values of the signals SMX_6 to 16, DIV4, and DIV2.

遅延のチェーン(ステートマシンのサブセル全体の、DdelayiからQdelayiまでのチェーン)は、自動デューティサイクル修正能力を提供する。この回路により、QR信号上のローのパルスが、QS信号上のローのパルス間の半ばで常に確実に生じるようになる(たとえば、図7のタイミング図を参照)。図11で分かるように、各サブセルを介した遅延のチェーン上の遅延は、DSiからQSiまでおよびDRiからQRiまでのチェーン上の遅延の半分である。さらに、遅延のチェーンは、QR制御信号の形成に寄与する。したがって、分割されたクロック信号のデューティサイクルは、常に50%である。   A chain of delays (Ddelay to Qdelay chain for the entire submachine of the state machine) provides automatic duty cycle correction capability. This circuit ensures that a low pulse on the QR signal always occurs midway between the low pulses on the QS signal (see, for example, the timing diagram of FIG. 7). As can be seen in FIG. 11, the delay on the chain of delay through each subcell is half of the delay on the chain from DSi to QSi and from DRi to QRi. Furthermore, the delay chain contributes to the formation of the QR control signal. Therefore, the duty cycle of the divided clock signal is always 50%.

図11は、図10のステートマシンの第1のサブセル531のブロック図である。サブセル531は、リセットフリップフロップ1101〜1102、セットフリップフロップ1110〜1112、およびNORゲート1120〜1123を含む。信号DSiを、フリップフロップ1101、NORゲート1120(信号QS2Bがローである場合)、フリップフロップ1102、およびNORゲート1123(信号QS2Bがローである場合)を介して、出力端子QSiに通過させる。信号Ddelayiを、フリップフロップ1110を介して、出力端子Qdelayiに通過させる。信号DRiを、フリップフロップ1112を介してNORゲート1121に通過させ、また、出力端子QRiFBにフィードバックする。信号QR2Bがローであるとき、NORゲート1121は、フリップフロップ1112の反転された出力をフリップフロップ1111に通過させ、したがって、他の入力として信号QR2Bを有するNORゲート1122に通過させる。NORゲート1122は、出力信号QRiを与える。   FIG. 11 is a block diagram of the first subcell 531 of the state machine of FIG. Subcell 531 includes reset flip-flops 1101 to 1102, set flip-flops 1110 to 1112, and NOR gates 1120 to 1123. The signal DSi is passed through the flip-flop 1101, the NOR gate 1120 (when the signal QS2B is low), the flip-flop 1102 and the NOR gate 1123 (when the signal QS2B is low) to the output terminal QSi. The signal Ddelay is passed through the flip-flop 1110 to the output terminal Qdelay. The signal DRi is passed through the flip-flop 1112 to the NOR gate 1121 and fed back to the output terminal QRiFB. When signal QR2B is low, NOR gate 1121 passes the inverted output of flip-flop 1112 to flip-flop 1111 and thus passes to NOR gate 1122 with signal QR2B as the other input. NOR gate 1122 provides output signal QRi.

図12は、図10のステートマシンの第2のサブセル532のブロック図である。サブセル532はサブセル531と同様であるが、信号QR4DLYがフリップフロップ1212の出力である点が異なる。   FIG. 12 is a block diagram of the second subcell 532 of the state machine of FIG. Subcell 532 is similar to subcell 531 except that signal QR4DLY is the output of flip-flop 1212.

図13は、セットフィルタ回路541のブロック図である。図5で分かるように、セットフィルタ回路は、クロック出力信号CKOUT上のプルアップPUを制御する。セットフィルタ回路は、ステートマシンから制御信号QSを受取り、そのQS信号を用いて入力クロック信号CKIN上のクロックパルスをフィルタ処理する。すなわち、信号QSの値に基づいて、信号CKIN上のパルスを、信号Sに通過させるか、または、信号Sに通過させない。   FIG. 13 is a block diagram of the set filter circuit 541. As can be seen in FIG. 5, the set filter circuit controls the pull-up PU on the clock output signal CKOUT. The set filter circuit receives the control signal QS from the state machine and filters the clock pulse on the input clock signal CKIN using the QS signal. That is, based on the value of the signal QS, the pulse on the signal CKIN is passed through the signal S or not passed through the signal S.

図示された実施例において、セットフィルタ回路541は、NORゲート1301、インバータ1302、パスゲート1303、およびプルダウンPD1を含む。パスゲート1
303は、入力端子CKINと出力端子Sとの間に配置される。NORゲート1301は、入力として信号QSおよびRSTを受取り、信号GNSを与え、信号GNSは、パスゲート1303のNMOS端子を制御する。信号GNSはまた、インバータ1302も駆動し、インバータ1302は、パスゲート1303のPMOS端子を制御して、プルダウンPD1も制御する。プルダウンPD1は、出力端子Sと接地GNDとの間に結合される。
In the illustrated embodiment, the set filter circuit 541 includes a NOR gate 1301, an inverter 1302, a pass gate 1303, and a pull-down PD1. Passgate 1
303 is disposed between the input terminal CKIN and the output terminal S. NOR gate 1301 receives signals QS and RST as inputs and provides signal GNS, which controls the NMOS terminal of pass gate 1303. Signal GNS also drives inverter 1302, which controls the PMOS terminal of pass gate 1303 and also controls pull-down PD1. Pull-down PD1 is coupled between output terminal S and ground GND.

図14は、リセットフィルタ回路551のブロック図である。図5で分かるように、リセットフィルタ回路は、クロック出力信号CKOUT上のプルダウンPDを制御する。このリセットフィルタ回路は、ステートマシンから制御信号QRを受取り、このQR信号を用いて、入力クロック信号CKIN上のクロックパルスをフィルタ処理する。すなわち、信号QRの値に基づいて、信号CKIN上のパルスを、信号Rに通過させるか、または、信号Rに通過させない。   FIG. 14 is a block diagram of the reset filter circuit 551. As can be seen in FIG. 5, the reset filter circuit controls the pull-down PD on the clock output signal CKOUT. The reset filter circuit receives a control signal QR from the state machine, and filters the clock pulse on the input clock signal CKIN using the QR signal. That is, based on the value of the signal QR, the pulse on the signal CKIN is passed through the signal R or not passed through the signal R.

図示された実施例において、リセットフィルタ回路551は、NORゲート1401および1402、NANDゲート1406、インバータ1404および1405、パスゲート1403、プルアップPU2、ならびにプルダウンPD2を含む。パスゲート1403は、入力端子CKINと出力端子Rとの間に配置される。NORゲート1401は、入力として信号QRおよびRSTを受取り、信号GNRを与え、信号GNRは、パスゲート1403のNMOS端子を制御する。信号GNRは、パスゲート1403のPMOS端子を制御するインバータ1405も駆動して、NORゲート1402の第1の入力も駆動する。NORゲート1402は、出力端子Rと接地GNDとの間に結合されるプルダウンPD2を制御する。NANDゲート1406は、入力として信号CDENおよびRSTを受取り、信号PPUBを与える。信号PPUBは、出力端子RとパワーハイVCCとの間に結合されるプルアップPU2を制御する。信号PPUBは、NORゲート1402に第2の入力を与えるインバータ1404も駆動する。   In the illustrated embodiment, the reset filter circuit 551 includes NOR gates 1401 and 1402, NAND gate 1406, inverters 1404 and 1405, pass gate 1403, pull-up PU2, and pull-down PD2. The pass gate 1403 is disposed between the input terminal CKIN and the output terminal R. The NOR gate 1401 receives the signals QR and RST as inputs and provides a signal GNR, which controls the NMOS terminal of the pass gate 1403. The signal GNR also drives the inverter 1405 that controls the PMOS terminal of the pass gate 1403 and also drives the first input of the NOR gate 1402. NOR gate 1402 controls pull-down PD2 coupled between output terminal R and ground GND. NAND gate 1406 receives signals CDEN and RST as inputs and provides signal PPUB. Signal PPUB controls pull-up PU2 coupled between output terminal R and power high VCC. Signal PPUB also drives an inverter 1404 that provides a second input to NOR gate 1402.

図15は、キーパー回路560のブロック図である。キーパー回路560は、パワーハイVCCと接地GNDとの間に直列に結合された、プルアップPU3およびPU4、ならびにプルダウンPD4およびPD3を含む。出力端子KOUTは、プルアップPU4とプルダウンPD4との間に結合される。クロック分割器イネーブル信号CDENは、プルダウンPD3を直接駆動し、インバータ1501を介してプルアップPU3を駆動する。したがって、信号CDENがローであるとき、プルアップPU3およびプルダウンPD3の両方がオフであり、出力端子KOUTにある信号がトライステート化される。プルアップPU4およびプルダウンPD4は、ともに信号SBによって駆動される。信号SBおよびRBは、クロス結合されたNORゲート1502および1503によってそれぞれ与えられる。NORゲート1502への他の入力は、セットフィルタ541からのS信号である。NORゲート1503への他の入力は、リセットフィルタ551からのR信号である。   FIG. 15 is a block diagram of the keeper circuit 560. Keeper circuit 560 includes pull-up PU3 and PU4 and pull-down PD4 and PD3 coupled in series between power high VCC and ground GND. Output terminal KOUT is coupled between pull-up PU4 and pull-down PD4. The clock divider enable signal CDEN directly drives the pull-down PD3 and drives the pull-up PU3 via the inverter 1501. Therefore, when signal CDEN is low, both pull-up PU3 and pull-down PD3 are off, and the signal at output terminal KOUT is tristated. Both pull-up PU4 and pull-down PD4 are driven by a signal SB. Signals SB and RB are provided by cross-coupled NOR gates 1502 and 1503, respectively. The other input to the NOR gate 1502 is the S signal from the set filter 541. The other input to the NOR gate 1503 is the R signal from the reset filter 551.

この発明のさまざまな実施例において、クロックドライバ回路およびクロック分割器回路に対して新規の構造が説明されてきた。上で説明した、この発明の構造および方法のさまざまな実施例は、この発明の原理を単に示すものであり、この発明の範囲を、記載された特定の実施例に限定することを意図しない。たとえば、この開示を参照して、当業者は、他のステートマシン、キーパー回路、パスゲート、インバータ、プルアップ、プルダウン、トライステート化され得るクロック分割器、バッファ、マルチプレクサ等を規定することができ、この発明の原理に従った方法、回路またはシステムを形成するために、これらの代替的な特徴を用いることができる。したがって、この発明は、前掲の請求項によってのみ限定される。   In various embodiments of the present invention, novel structures have been described for clock driver circuits and clock divider circuits. The various embodiments of the structure and method of the present invention described above are merely illustrative of the principles of the invention and are not intended to limit the scope of the invention to the particular embodiments described. For example, with reference to this disclosure, those skilled in the art can define other state machines, keeper circuits, pass gates, inverters, pull-ups, pull-downs, clock dividers that can be tri-stated, buffers, multiplexers, etc. These alternative features can be used to form a method, circuit or system in accordance with the principles of the present invention. Accordingly, the invention is limited only by the following claims.

従来のクロック分割器のブロック図である。It is a block diagram of a conventional clock divider. 図1Aのクロック分割器のためのタイミング図である。FIG. 1B is a timing diagram for the clock divider of FIG. 1A. クロック分割器を含まない、従来のクロックドライバ回路のブロック図である。It is a block diagram of a conventional clock driver circuit that does not include a clock divider. 任意のクロック分割器を含む従来のクロックドライバ回路のブロック図である。1 is a block diagram of a conventional clock driver circuit including an arbitrary clock divider. 反転クロック分割器を含む、従来のクロックドライバ回路のブロック図である。1 is a block diagram of a conventional clock driver circuit including an inverting clock divider. 非反転クロック分割器を含む、従来のクロックドライバ回路のブロック図である。1 is a block diagram of a conventional clock driver circuit including a non-inverting clock divider. この発明の第1の実施例に従った、トライステート化され得るクロック分割器を含む、第1のドライバ回路のブロック図である。1 is a block diagram of a first driver circuit including a clock divider that can be tri-stated according to a first embodiment of the present invention; FIG. この発明の第2の実施例に従った、クロック分割器回路のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a clock divider circuit according to a second embodiment of the present invention. 2分割モードにおける、図5のクロック分割器回路の動作を示すタイミング図である。FIG. 6 is a timing diagram illustrating the operation of the clock divider circuit of FIG. 5 in a two-divided mode. 6分割モードにおける、図5のクロック分割器回路の動作を示すタイミング図である。FIG. 6 is a timing diagram illustrating the operation of the clock divider circuit of FIG. 図5のクロック分割器回路とともに用いることのできるイネーブル信号生成器回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of an enable signal generator circuit that may be used with the clock divider circuit of FIG. 図5のクロック分割器回路とともに用いることのできるデコーダ回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a decoder circuit that can be used with the clock divider circuit of FIG. (図10Aおよび図10Bを含む)図5のクロック分割器回路とともに用いることのできるステートマシンのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a state machine that can be used with the clock divider circuit of FIG. 5 (including FIGS. 10A and 10B). 図5のクロック分割器回路とともに用いることのできるステートマシンのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a state machine that can be used with the clock divider circuit of FIG. 図5のクロック分割器回路とともに用いることのできるステートマシンのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a state machine that can be used with the clock divider circuit of FIG. 図10のステートマシンの第1のサブセルのブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a first subcell of the state machine of FIG. 10. 図10のステートマシンの第2のサブセルのブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a second subcell of the state machine of FIG. 10. 図5のクロック分割器回路とともに用いることのできるセットフィルタ回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a set filter circuit that can be used with the clock divider circuit of FIG. 図5のクロック分割器回路とともに用いることのできるリセットフィルタ回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a reset filter circuit that can be used with the clock divider circuit of FIG. 図5のクロック分割器回路とともに用いることのできるキーパー回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a keeper circuit that can be used with the clock divider circuit of FIG.

Claims (8)

クロック入力端子と、
クロック出力端子と、
前記クロック入力端子に結合された入力端子を有し、さらにセット出力端子およびリセット出力端子を有するステートマシンと、
前記クロック出力端子に結合された出力端子を有するキーパー回路と、
前記クロック入力端子に結合されたデータ入力端子、前記ステートマシンの前記セット出力端子に結合された制御入力端子、および前記クロック出力端子に結合された出力端子を有するプルアップ回路と、
前記クロック入力端子に結合されたデータ入力端子、前記ステートマシンの前記リセット出力端子に結合された制御入力端子、および前記クロック出力端子に結合された出力端子を有するプルダウン回路とを含む、クロック分割器回路。
A clock input terminal;
A clock output terminal;
A state machine having an input terminal coupled to the clock input terminal, and further having a set output terminal and a reset output terminal;
A keeper circuit having an output terminal coupled to the clock output terminal;
A pull-up circuit having a data input terminal coupled to the clock input terminal, a control input terminal coupled to the set output terminal of the state machine, and an output terminal coupled to the clock output terminal;
A clock divider comprising: a data input terminal coupled to the clock input terminal; a control input terminal coupled to the reset output terminal of the state machine; and a pull-down circuit having an output terminal coupled to the clock output terminal. circuit.
前記プルアップ回路は、
前記クロック入力端子とパスゲート出力端子との間に結合されたパスゲートを含み、前記パスゲートは、前記ステートマシンの前記セット出力端子に結合された第1のゲート端子を有し、前記プルアップ回路はさらに、
パワーハイと前記クロック出力端子との間に結合されたプルアップを含み、前記プルアップは、前記パスゲート出力端子に結合されたゲート端子を有する、請求項1に記載のクロック分割器回路。
The pull-up circuit is
A pass gate coupled between the clock input terminal and a pass gate output terminal, the pass gate having a first gate terminal coupled to the set output terminal of the state machine, the pull-up circuit further comprising: ,
The clock divider circuit of claim 1 including a pull-up coupled between a power high and the clock output terminal, the pull-up having a gate terminal coupled to the pass gate output terminal.
前記プルアップ回路は、第1のインバータをさらに含み、
前記プルアップはPMOSトランジスタであり、
前記プルアップの前記ゲート端子は、前記第1のインバータを介して前記パスゲート出力端子に結合される、請求項2に記載のクロック分割器回路。
The pull-up circuit further includes a first inverter,
The pull-up is a PMOS transistor;
The clock divider circuit of claim 2, wherein the gate terminal of the pull-up is coupled to the pass gate output terminal via the first inverter.
前記プルアップ回路は、第2のインバータをさらに含み、
前記パスゲートは、前記第2のインバータを介して前記ステートマシンの前記セット出力端子に結合された第2のゲート端子を有するCMOSパスゲートである、請求項2に記載のクロック分割器回路。
The pull-up circuit further includes a second inverter,
3. The clock divider circuit of claim 2, wherein the pass gate is a CMOS pass gate having a second gate terminal coupled to the set output terminal of the state machine via the second inverter.
前記プルダウン回路は、
前記クロック入力端子とパスゲート出力端子との間に結合されたパスゲートを含み、前記パスゲートは、前記ステートマシンの前記リセット出力端子に結合された第1のゲート端子を有し、前記プルダウン回路はさらに、
前記クロック出力端子と接地との間に結合されたプルダウンを含み、前記プルダウンは、前記パスゲート出力端子に結合されたゲート端子を有する、請求項1に記載のクロック分割器回路。
The pull-down circuit is
A pass gate coupled between the clock input terminal and a pass gate output terminal, the pass gate having a first gate terminal coupled to the reset output terminal of the state machine; and the pull-down circuit further comprises:
The clock divider circuit of claim 1 including a pull-down coupled between the clock output terminal and ground, the pull-down having a gate terminal coupled to the pass gate output terminal.
前記プルダウン回路は、インバータをさらに含み、
前記プルダウンは、NMOSトランジスタであり、
前記パスゲートは、前記インバータを介して前記ステートマシンの前記リセット出力端子に結合された第2のゲート端子を有するCMOSパスゲートである、請求項5に記載のクロック分割器回路。
The pull-down circuit further includes an inverter,
The pull-down is an NMOS transistor,
6. The clock divider circuit of claim 5, wherein the pass gate is a CMOS pass gate having a second gate terminal coupled to the reset output terminal of the state machine via the inverter.
前記ステートマシンは、プログラム可能な除数選択回路を含む、請求項1に記載のクロック分割器回路。   The clock divider circuit of claim 1, wherein the state machine includes a programmable divisor selection circuit. 前記クロック分割器回路は、プログラム可能論理デバイス(PLD)の一部を形成する
、請求項7に記載のクロック分割器回路。
The clock divider circuit of claim 7, wherein the clock divider circuit forms part of a programmable logic device (PLD).
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